Campo di azione dell’agrometeorologiaDati agrometeoclimatici e loro applicazione Cenni sugli effetti dei cambiamenti climatici

Luigi Mariani

Università degli studi di Milano Dipartimento di Produzione Vegetale

Via Celoria, 2 - 20123 Milano MI - luigi.mariani@unimi.it

DEFINIZIONI

La meteorologia studia i fenomeni atmosferici del nostro pianeta...

Fenomeni fra i più sorprendenti e stupefacenti...

Nubi lenticolari su Moray Firth, mattino dell’8 settembre 1999 - foto David Monteith - Weather, july 2000, vol. 55, n° 7

Fenomeni fra i più belli e struggenti...

Altocumulus stratiformis al tramonto su Woodlands St. Mary, Berkshire, 16.10 GMT del 1 dicembre 1996 - foto W. Pike - Weather, july 2000, vol. 55, n 7

Fenomeni fra i più imponenti e maestosi...

Cumulonembo ripreso da aereo - fonte: NASA

Meteorologia e climatologia

Chiavi di lettura di un paesaggio

www.costaetrusca.com http://www.bibbonaturismo.it

www.provincia.livorno.it/attivita/museo/ReteCEA/messidoro/Messidoro.htm

Il cielo in immagini di repertorio

Banco di altocumuli perlucidi al mattino 30 agosto 1995 - h.7.30

Cirri e altocumuli - 29 agosto 1995 - h 19.20

Cirri e altocumuli al tramonto - 29 agosto 1995

Donoratico, 6 settembre 1995 - ore 16.20 (Cella temporalesca con pioggia a est di Capraia preceduta a Nord da una tromba marina)

Cumuli congesti in sviluppo sotto coltre di altocumuli - 30 agosto 1995 - h.11

Cumulo congesto in sviluppo sotto coltre di cirrocumuli - 1 settembre

1995 - h.11.30

Sviluppo convettivo pomeridiano con cumuli congesti - 30 agosto 1995 - h.18

Cumulo vesperale - 1 settembre 1995 - h.18.30

Fonte: il Corriere Unesco, 8-9, 1973

Ma la meteorologia è anche un mondo di numeri...

Il paradosso dell’eccesso di informazioni -> meglio poche informazioni di qualità nota che molte informazioni incerte.

questo problema è avvertito dai meteorologi da oltre un secolo

Come lo si è affrontato

•Distinguendo fra meteorologia e climatologia

•Adottando Standard osservativi omogenei a livello globale

•Suddividendo i fenomeni secondo scale (gerarchia)

TEMPO E CLIMA non sono la stessa cosa !

Meteorologia = scienza dei fenomeni atmosferici.

Condizioni meteorologiche (o del tempo) = variabili atmosferiche in un dato istante (temperatura, umidità, pioggia, radiazione, vento, nubi, ecc.).

Clima = insieme delle condizioni meteorologiche su lunghi periodi di tempo, dell'ordine dei decenni.

Clima attuale = clima riferito agli ultimi 30 anni

STANDARD OSSERVATIVI GLOBALI

Ente standardizzatore globale: Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO)

Segretariato delle Nazioni Unite

Sede: Ginevra

Le scale

2 cm

2000 km

200 km

MACRO

MESO

MICRO

Meso

Macro

Tutti i fenomeni della vegetazione obbediscono a

logiche di scala

(>500 km)*

(1-500 km)*

Micro (<1 km)*

* le dimensioni spaziali sono del tutto indicative

Gelata – l'esempio per Sibari

17 febbraio 2008: -5.8°C

Cause

- a macroscala: avvezione di aria artica- a mesoscala: avvezione locale- a microscala: bilancio energetico di superficie

La causa a macroscala

Scale e rapporti dimensionali

Area geografica Dimensione (Km2) Rapporto rispetto allasuperficie terrestre

Superficie terrestre 510.000.000 1 : 1Italia 300.000 1 : 1.700Una regione italiana 20.000 1 : 25.500Un’azienda agricola da 100 ha 1 1 : 510.000.000

METEOROLOGIA E ESSERI VIVENTI

Le variabili meteorologiche “guidano” gli ecosistemi nel senso che ne determinano

- quanto producono (prateria, bosco, ...)

- quali e quante specie animali e vegetali sono presenti (biodiversità)

forme di vita in un bosco: autotrofi e eterotrofi

Meteorologia e esseri viventi - giugno

Tiglio si sviluppa fra 8 e 33°C

Rosa canina si sviluppa fra 10 e 35°C

Rovere si sviluppa fra 10 e 30°C

Frumento tenero: si sviluppa fra 1 e 32°C

Ape operaia: è attiva fra 12 e 32°C

Cardellino è attivo fra 5 e 35°C

LA PRODUZIONE ANNUA GLOBALE DI BIOMASSA DATO 2001

Mappe di NPP annua prodotte con dati da satellite (sensore MODIS - Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) + dati al suolo

http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NPP/npp.html

Grigio=NPP nulla

AGRICOLTURA

Agricoltura

CANADA – YOHO NATIONAL PARK - FIELD OF WHEAT NEAR DRUMHELLER - http://www.giorgiozanetti.ca/rockies_2006/yoho_banff_2006/yoho_banff_album_2006.html

Sistema per la produzione di cibo basato sul governo della fotosintesi e più in generale del segmento terrestre del ciclo del carbonio.

Industria a cielo aperto -> stretta dipendenza dal clima (risorse e limitazioni)

Produzione media annua di frumento invernale negli USA dal 1890 al 1997

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

prod

uzio

ne (q

/ha)

I dati dal 1890 al 1966 provengono da da Deker e Sakamoto mentre i dati dal 1967 al 1997 provengono da USDA - National Agricultural Statistics Service (http://www.usda.gov/nass/)

Produzione agricola: risorse e limitazioni

RISORSE•Radiazione solare •Temperatura•Precipitazioni (più in generale risorse idriche -> apporti e perdite)

LIMITAZIONI•Temperature estreme •Siccità o eccesso idrico•Vento forte (foehn, fronte delle raffiche nei temporali,...)•Trombe d'aria•Grandine•ecc.

Agricoltura = industria a cielo aperto -> esposta al rischio climatico

Fonte: Inf. Agrario

RELAZIONI PIANTE - VARIABILI METEOROLOGICHE

Temperatura (T cardinali e critiche unità termiche e relativi cumuli, vernalizzazione, unità di freddo, termoperiodo, ecc.)

Radiazione solare (valori medi ed estremi, cumuli, effetti di canopy, fotoperiodo, qualità della radiazione, effetti orografici, effetti stagionali, ecc.)

Umidità (situazioni di umidità relativa elevata, eventuale presenza di acqua liquida sui tessuti, ecc.)

Precipitazione (valori medi ed estremi, valori cumulati, intensità, ecc.)

Vento (valori medi ed estremi, valori cumulati, intensità, ecc.)

Contenuto idrico del terreno (situazioni di ottimalità, eccesso, deficit, ecc.)

Vegetali come sistema

1. Sole come fonte di energia (radiazione)

2. fotosintesi come processo che trasforma la radiazione in energia di legame chimico (6CO

2+6H

2O -> C

6H

12O

6+6O

2)

3. Organi di accumulo in cui la sostanza organica viene accumulata (foglie, fusto, radici, organi di riserva)

Dal sistema al modello matematico

GASS - Assimilazione Lorda [g CH2O]

PNA - Assimilazione Netta Potenziale [g CH2O]

PNA_TL - Assimilaz. Pot.le netta limitata termicamente [g CH2O]

NPP - Produzione Primaria Netta [g CH2O]

Limitazione idrica

Limitazione termica

respirazione, conversione e traslocazione

T aria, ...

T aria, ...

T aria, RH Rglob, vento,....

Ripartizione assimilatiT aria, RH Rglob, vento,....

Fase fenologica

Foglie frutti fusto radici ACCUMULO

Rg[MJ]

PAR [MJ] =Rg*0.50

ESEMPIO PER 1 m2 DI VIGNETO IL 10 LUGLIO

Radiaz. globale=30 MJ m-2 giorno

Radiaz. fotosinteticamente attiva (PAR) lorda=Rglob*0.40=12 MJ

Percentuale della PAR assorbita dalla canopy=50%

PAR netta=PAR lorda * 0.50 = 6 MJ

Efficienza della luce (RUE)=2.5 g di zucchero MJ-1

Assimilazione lorda (GASS)=6*2.5=15 g m-2 giorno

Perdite di respirazione, conversione e traslocazione=40%

PNA=15*(1-0.40)=9 g m-2 giorno

limitazioni: idrica(10%), dei nutrienti(20%) e termica (0%)

NPP=9*(1-(0.1+0.2+0))=6.3 g m-2 giorno

Percentuale di accumulo nel grappolo=75%

accumulo finale di zuccheri nel grappolo=6.3*0.75=4.7 g m-2 giorno

Le variabili meteorologiche nella canopy

AGROMETEOROLOGIA

Il ruolo dell'agrometeorologia

“Per agrometeorologia si intende la scienza che studia le interazioni dei fattori meteorologici ed idrologici con l’ecosistema agricolo-forestale e con l’agricoltura intesa nel suo senso più ampio, comprendendo cioè la zootecnia e la selvicoltura (Statuto dell’Aiam, articolo 1).

A monte di ogni attività agricola

Decisioni imprenditoriali ->

strategiche -> ad impatto pluriennale (es: scelta fra sistemi asciutti e irrigui, scelta delle colture da praticare)

tattiche -> quelle del “giorno per giorno” (es: quando seminare, quando irrigare, ecc.)

-> poiché le variabili atmosferiche sono variabili guida fondamentali per l'ecosistema, le decisioni vengono (o dovrebbero essere) assunte prendendo in considerazione le variabili atmosferiche.

Agroecosistema

Il campo coltivato con:

- l'atmosfera che lo sovrasta- il terreno- i vegetali coltivati- gli altri esseri viventi (vegetali, animali, microorganismi)

A cosa servono agrometeorologia e agroclimatologia

Agroclimatologia -> supporto per le decisioni strategiche

Agrometeorologia -> supporto alle “decisioni tattiche”

Decisioni strategiche = basate sulla conoscenza dei caratteri medi ed estremi del clima

Decisioni tattiche = basate sulla conoscenza del tempo recente, attuale e previsto.

Decisioni tattiche (esempi)

Scelta del momento e delle modalità di effettuazione di:

1. lavori di preparazione del letto di semina (arature, erpicature, rullature, ecc.) 2. lavorazioni nel corso del ciclo colturale (sarchiature, rincalzature, ecc.)3. semine4. interventi di difesa da avversità biotiche (insetti, patogeni fungini, acari, malerbe, ecc.) e abiotiche (siccità, gelo, ecc.)5. concimazioni6. irrigazioni 7. raccolta

Calendario delle attività colturali

NORD ITALIA - MAIS DA GRANELLA PRIMA EPOCA

Operazione DataPREPARAZIONE LETTO DI SEMINA E SEMINASfibratura stocchi 20 ottobreAratura a 40 cm 20 febbraioConcimazione in pre-semina con Urea+P,K 12 marzoAffinamento del letto di semina (n.2 erpicature) 18 marzoSemina, geodisinfestazione e rullatura 25 marzoDiserbo di pre-emergenza 25 marzo

OPERAZIONI COLTURALISarchiatura 15 maggioConcimazione in copertura (50 gg dopo semina) 15 maggioIrrigazione a pioggia (5 interventi) fra 1 luglio e 20 agosto

OPERAZIONI DI RACCOLTARaccolta granella 25 settembreRaccolta paglieTrasporto e scarico 25 settembreEssicazione 27 settembreConservazione

Calendario delle attività colturali

CENTRO ITALIA - ZONA COLLINAREVIGNETO A CORDONE SPERIONATO IN PRODUZIONE

Operazione DataAratura a 15 cm sull’interfilare 15 novembrePotatura invernale Dicembre-gennaioManutenzione sostegni Dicembre-gennaioConcimazione 2 aprileErpicatura sull’interfilare 10 aprileDifesa antioidica 5 maggioTrattamenti antiperionosporici 20 e 31 maggioPotatura verde e legatura 10 giugnoInterventi antiperionosporici 12 e 30 giugnoIrrigazione a pioggia (5 interventi) fra 1 luglio e 20 agostoErpicatura sull’interfilare 25 giugnoTrattamenti antiperionosporici/antioidici 10 luglioTrattamenti antiperionosporici/antioidici 5 settembreVendemmia 10-15 ottobreTrasporto e scarico uva alla cantina 10-15 ottobre

Gestione irrigua

Friuli V.G. - Spilimbergo

L’ACQUA NEL TERRENO: VISIONE NATURALISTICA

Saturando d’acqua il suolo con una forte irrigazione si giunge alla capacità idrica massima e si evidenziano 3 frazioni:- acqua gravitazionale: percola nel giro di 24–72 ore - acqua capillare (capillarità=principale meccanismo di trasferimento) -> al diminuire del contenuto idrico i moti capillari si fanno sempre più difficili fino ad interrompersi.- acqua igroscopica

IL BILANCIO IDRICO

Preparazione del letto di semina e stato idrico dei suoli

Gestione fitosanitaria delle colture

Tipi di insidie

Insetti (es: modelli a somme termiche)

Crittogame (es: modelli che tengono conto di T, RH, eventuale bagnatura fogliare)

Decisioni strategiche (esempi)

1. scelta di specie e varietà pluriennali (es. vite, fruttiferi) 2. scelta di specie e varietà annuali (es: classe di precocità degli ibridi di mais)2. scelta del sistema di allevamento3. scelta delle sistemazioni idraulico – agrarie4. scelta dei sitemi di gestione dell'acqua irrigua (es: laghetti collinari)5. scelta del sistema di irrigazione aziendale6. scelta delle agrotecniche (es: semina diretta o trapianto)7. scelta del parco macchine aziendale8. organizzazione cantieri di lavoro (per semine, operazioni colturali, raccolta)9. organizzazione delle industrie di trasformazione10. scelta dei sistemi di protezione da avversità abiotiche (siccità, vento, gelo, grandine, ..).

Orientamento dei filari nel vigneto

Applicazioni alla zootecnia

esempi1. fattori meteo e benessere animale 2. fattori meteo e diffusione odori3. fattori meteo e parassiti (esempio: afta)

Zootecnica ovina – pascolo invernale

Zootecnica bovina – pascolo estivo

Applicazioni alla zootecnia

Indice di stress termico THI (indice termo-igrometrico)

THI=Ta+0.36*Tdp+41.2 (fonte:Wmo, gamp, 1983)

(Ta=temperatura dell'aria; Tdp=temperatura di rugiada)

stima della perdita di produzione di latte per vacche Holstein:

Mdd=1.075-1.736*NL+0.02474*NL*THI

Ove NL = produzione normaleMdd=produzione reale

Esempio (Mdd=perdita in % rispetto ad ML)

THI Mdd50 0.060 0.070 0.780 25.490 50.1100 74.9

Cenni di bioclimatologia umana

Temperatura percepita in presenza di vento secondo Osczewsky e Bluestein (Agostini et al., 2005):

WCT=13.12+0.6215*T-11.37*V0.16+0.3965*T*V0.16

oveT=temperatura (°C)V=velocità del vento a 10 m (km/h)

Afa

Il problema urbano (UHI)

i dati agrometeoclimatici

- le variabili rilevate

- attività di raccolta, archiviazione, validazione e diffusione all'utenza

Tematiche affrontate

L'offerta di agrometeorologia in Italia

Un servizio nazionale (Cra – cma)

I servizi regionali

Gli enti di ricerca (Università, CNR, ecc.)

Le ditte produttrici di strumentazione

I Servizi agrometeorologici regionali

Servizio operativo

Servizio pre-operativo

Assente o i.n.d.

Figura 1 - Distribuzione e operatività dei S.A.R.

costituititra il 1985 -1990 costituititra 1990 - 1995 costituitisuccessivamenteal 1995

Figura 2 - Epoca di costituzione dei SA.R.

Fabio Micale, 2000. LO STATO DEI SERVIZI AGROMETEOROLOGICI REGIONALI IN ITALIA in Atti Aiam 2000, Roma, Ucea.

La rete agrometeo nazionale (87 stazioni)Cra cma e Servizio meteo AM

Servizio meteo -> struttura

Monitoraggio fenologico

progetto IPHEN – vitigno Cabernet sauvignon

Cabernet Sauvignon – 22 agosto 2006 – fenofase secondo la scala BBCH

progetto IPHEN – vitigno Chardonnay

22 agosto 2006 – fenofase secondo la scala BBCH

progetto IPHEN – Sambucus nigra

22 agosto 2006 – fenofase secondo la scala BBCH

STAZIONI METEOROLOGICHE

Cra cma – rete agrometeorologica nazionale – stazione di Potenza Picena

Remote sensing....

• Satelliti

• Radar

• Monitoraggio fulmini

• Sodar

Il radar meteorologico

• Strumento per individuare e localizzare strutture meteo in base all’analisi della riflessione di microonde da parte dei corpi condensati (gocce d’acqua, cristalli di ghiaccio, ecc.)

• è utile per monitorare in tempo reale intensità di pioggia, velocità del vento, presenza di grandine.

• raggio operativo dell’ordine dei 150 -200 km.

• accuratezza variabile in funzione dell’orografia.

Radar - Spino d’Adda

Monitoraggio fulmini

• I sistemi di monitoraggio dei fulmini si basano su antenne con sistema di posizionamento GPS che misurano il campo eletromagnetico generato dai fulmini fornendone in tempo reale luogo di caduta e caratteri elettrici.

• Accuratezza elevata: errore medio nell’individuazione del punto di caduta è di circa 200-300 m

Sodar

Fonte: Remtech

Temporale visto dal radar

– temporale multicella con cumulonembo “maturo” e nuove celle in sviluppo osservato con il radar meteorologico di Chilbolton (Hampshire - UK). I valori di riflettività sono espressi in dBZ (1 dBZ= 10 log10Z ove Z è il fattore di riflettività del radar). [fonte: European Space Agency - http://www.met.rdg.ac.uk/radar/stoppress/negative_kdp.html]

Temporale visto da satellite

Attività convettiva pomeridiana sulla Sardegna in coincidenza con una depressione sulla Tunisia (immagine del satellite NOAA del 21 settembre 2001 – ore 15.34 UTC). Si noti un cumulo imponente sulla Sardegna meridionale illuminato da ovest dal Sole ormai basso sull’orizzonte e che proietta la propria ombra sulle nubi più basse.

Come misurare la grandine - i grelimetri

Prodotti previsionali• Analisi meteorologica (situazione in atto)• Now - casting (previ a 3-6 ore)• Previsione a breve termine (previ a 12-24

ore)• Previsione a medio termine (previ a 2-7

giorni)• Scenari a lungo termine (previ a 1-3 mesi)

Previsioni a medio termine - attendibilità

ATTENDIBILITA' DELLE PREVISIONI

40

50

60

70

80

90

100

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108

120

132

144

156

168

ore dall'emissione

atte

ndib

ilità

(%)

previsionepersistenzaclimatologia

Diffusione all'utenza• Le tecnologie• Le crucialità di questa attività (agrometeorologia

e media)

Rischio climatico e mass media

Non appena fa un po’ più caldo o un po’ più freddo del dovuto si assiste ad una pletora di uscite giornalistiche che parlano di perdite enormi per il settore agricolo, perdite che spesso poi le statistiche di fine campagna riducono di molto o addirittura minimizzano.

Rischio climatico e mass media

Questo modo di affrontare il tema del rischio climatico nuoce:

- al mercato, con effetti di distorsione che suppongo considerevoli

- al consumatore, sottoposto a ripercussioni immediate in termini di aumenti del prezzo dei prodotti alimentari

- ai produttori in quanto i troppo reiterati “al lupo al lupo” rendono i pubblici poteri insensibili rispetto alla reali emergenze o magari distolgono l'attenzione rispetto alle aree effettivamente colpite da un'emergenza.

Clima e cambiamento climatico

LA MACCHINA DEL CLIMA EUROPEO

Circolazione =primo generatore del clima europeo

Cosa osserviamo: le perturbazioni alle medie latitudini si muovono mediamente in un grande fiume d'aria che

si muove da ovest verso est

Circolazione -> grande vortice polare

CLIMA EUROPEO E MASSE D’ARIA

Aria artica

Aria polare marittima

Aria

subtropicale

Aria polare continentale

CLIMA E CIRCOLAZIONE EURO-MEDITERRANEA

ciclone d’Islanda

anticiclone delle

Azzorre

Grandi correnti occidentali (westerlies)

Meteosat visibile 25 dicembre 2004 h 12 UTC

ARIA ARTICA

ARIA SUBTROPICALE

I macroclimi europei (Mariani e Failla, 2005)

Clima oceanico (Cfb)

Clima mediterraneo (Csa)

Clima padano

Clima alpino

IL PASSATO(posta l'età del pianeta - 4,5 M.di di anni - pari a 24 ore -> ci

limiteremo agli ultimi 11.500 anni (0.2 secondi)

http://www.hotel-fernau.at

Ghiacciaio del Fernau (A)

Fasi di avanzata • 1500-1200 aC• 900-300 aC (due avanzate di 2 secoli ciascuna con

intermezzo mite)• 400-800• 1200-1350• 1550-1850• 1950-1975

Fasi di regresso• 0-400• 750-1200• 1850-1950• Dal 1980 a oggi

Dendrocronologia -> ricostruzione temperature

Optimum medioevale

Optimum medioeval

esecondario

Uscita dalla peg

Piccola era glaciale

Fase caldaFase fredda

Fase fresca

Diagramma termo - pluviometrico per l’olocene in Europa

Date di vendemmia in Francia dal 1490 al 1880

(°) da Le Roy Ladurie, 1967. Tempo di festa, tempo di carestia, storia del clima dall'anno 1000, Einaudi. [date espresse come scostamento rispetto al 30 agosto (=0), per cui ad esempio 36 indica una vendemmia avvenuta il 5 ottobre]

+precoce:0.7(1556)

+ tardiva:54(1816)

0

10

20

30

40

5014

9015

0015

1015

2015

3015

4015

5015

6015

7015

8015

9016

0016

1016

2016

3016

4016

5016

6016

7016

8016

9017

0017

1017

2017

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4017

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8017

9018

0018

1018

2018

3018

4018

5018

6018

70

date

Q90=39.2

media=28.4

Q10=17.1

Il clima europeo è soggetto a grande variabilità interannuale, con situazioni inattese di canicola e morti per caldo in Francia nella piccola era glaciale (Leroy Ladurie, 2004, Canicules et glaciers)

L’optimum climatico postglaciale (7500-4500 bp)

- In varie montagne dell'emisfero Nord i ghiacciai subirono considerevoli contrazioni, scomparendo del tutto o portandosi su valori inferiori a quelli della fine del 20° secolo (IPCC AR4, 2007)

- Mare più alto di circa 1.5 m rispetto ad oggi

- Tracollo dell'ultima popolazione di Mammouth dell'isola di Wrangel, che si estinse circa 3700 anni fa (Vartanyan, S. L., Arslanov K.A., Tertychnaya T. V., Chernov S. B., 1995. Radiocarbon Dating Evidence for Mammoths on Wrangel Island, Arctic Ocean, until 2000 BC, Radiocarbon Volume 37, Number 1, 1995)

L'optimum postglaciale e l'agricoltura L'Europa, il “far west” dei primi popoli di agricoltori

Le date, espresse in anni bp, sono riferite a siti preistorici datati con carbonio 14.

La velocità di avanzata media è di 500 km ogni 500 anni.

(Ammerman e Cavalli Sforza, 1971)

Optimum postglaciale

Optimum climatico medioevale (800-1200 d.C.) -> cosa dicono le fonti

Valle d’Aosta: si coltiva l'olivo da olio; vite coltivata fino a 1300m di quota in zone ove oggi arriva a 800m (Monterin, 1937)

Alta Valcamonica (Monno): si coltiva l'olivo da olio (atto notarile del 1524). Date di salita del bestiame all'alpeggio molto anticipate rispetto a quelle odierne (Berruti, 1998).

Vapadana: fra XII° e prima metà del XIV° secolo l’olivicoltura raggiunge la massima diffusione -> Statuti, editti e ordinanze obbligano o incentivano la coltura dell’olivo. Es: nel 1377 sovvenzioni del comune di Torino a chi pianti olivi sulle rive del Po (Fabbri, 2006)

Gran Bretagna: viticoltura su larga scala (la sua scomparsa avvenne nel 13° secolo) (Lamb, 1966)

Groenlandia: i vichinghi la colonizzano, coltivano cereali e allevano bovini (Diamond, 2004)

DEDUZIONI GENERALI

Il clima europeo è soggetto a continue fluttuazioni (nel clima il cambiamento è la norma) -> L'idea di un clima europeo stabile prima dell'avvento dell'uomo è sostanzialmente un mito

Le fluttuazioni possono essere:- graduali (es: transizione da Optimum Medievale a PEG)- brusche (es: Dryas recente, cambiamento di fase del 1734, con passaggio da regime oceanico a regime continentale, cambiamento climatico di fine anni '80 del XX° secolo in Europa)

La storia dell'agricoltura europea è la storia della convivenza con il rischio climatico e delle nostre strategie di adattamento

DEDUZIONI SPECIFICHE

L'agricoltura soffre particolarmente:- nelle fasi fredde - nelle fasi calde se non dispone di acqua a sufficienza

-> fasi fredde (es: PEG)

-> fasi caldo aride hanno segnato la scomparsa di grandi civiltà -> es: grande siccità dell'11° secolo aC, da alcuni autori associata alla scomparsa di civiltà micenea e ittita (Carpenter, 1971) ed al tramonto della civiltà delle terramare (Cremaschi 2005).

-> Le fasi caldo-umide (optimum postglaciale e medievale) segnano grandi espansioni dell'agricoltura e della civiltà.

Adattamento dell'agricoltura alla variabilità del clima

E' una priorità assoluta -> necessità di garantire alimenti e beni di consumo per una popolazione mondiale destinata a raggiungere i 9 miliardi di individui intorno al 2050 (U.S. Census Bureau, 2007).

La risposta dell’agricoltura alla variabilità climatica consiste da sempre in due adattamenti fondamentali:- genetica (introduzione di nuove specie o varietà)- agrotecniche

Appello: mantenere aperte le vie dell’innovazione delle agrotecniche e della genetica per garantire un futuro alla nostra agricoltura come sistema per la produzione di cibo.

Miglioramento genetico e taglia dei cereali vernini

RISORSE E LIMITAZIONI CLIMATICHE L'ATTUALITA' (ultimi 50 anni)

Aspetto di metodo

Perché ragionare in termini di discontinuità?

Le analisi statistiche (es: Palmieri, Todaro)L'approccio modellistico (Modello di Charney e deVore, 1979) -> individuazione di fasi climatiche con transizioni legate a cambiamenti di fase della circolazione

Discontinuità: analisi statistica

Metodi di analisi di discontinuità (breakpoint analysis)

Obiettivo: individuare l'anno in cui è più probabile la presenza della discontinuità e stimare un periodo in cui ricade la discontinuità, con un certo livello di confidenza.

Esempi:•Test di Petitt •metodi della libreria Strucchange del software statistico R.

Il caso italiano e quanto accade a livello europeo e globale

C'è un problema di scale -> superficie della Terra =510 milioni di km2; Italia=300.000 km2 (la 1700a parte del pianeta).

Il riscaldamento che si indica come “globale” ha tre componenti:componente globale: + 0.7°C/secolo (+0.5°C da 1900 a 1950, -0.25°C da 1950 a 1980, + 0.4 da 1980 e 1998, circa 0 da 1999 a 2007)

componente europea: + 1.5°C/secolo (aumento concentrato nel 1989)

componente urbana:+2÷3°C/secolo, quasi tutto sulle minime (+4÷6°C)

E' difficile discernere le tre componenti anche perché i tre fenomeni sono descritti con le stesse stazioni meteorologiche

http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature/

Con una confidenza del 99% le discontinuità (cambiamenti climatici globali) cadono fra 1924 e 1933 (anno più probabile=1929) e fra 1979 e 1987 (anno più probabile=1984).

Analisi eseguita con la libreria strucchange (R_cran)

Il clima globale: tre fasi climatiche (1850-1928, 1930-1983; 1985-oggi) e due grandi discontinuità (1929 e 1984).

+0.2

GLOBALE: le temperature non crescono più da 10 anni (dopo il picco del Nino 1998)

NORD: temperature in lieve aumento

SUD: temperature in lieve calo

(HADCRUT3)

Componente globale (http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature/)

HadCRUT3v GLOBAL TEMPERATURE jan1850-may2007 (anomaly from base period 1961-90)

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

18

50

18

57

18

64

18

71

18

78

18

85

18

92

18

99

19

06

19

13

19

20

19

27

19

34

19

41

19

48

19

55

19

62

19

69

19

76

19

83

19

90

19

97

20

04

HadCRUT3v NORTH HEMISPHERE TEMPERATURE jan1850-may2007 (anomaly from base period 1961-90)

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

18

50

18

56

18

62

18

68

18

74

18

80

18

86

18

92

18

98

19

04

19

10

19

16

19

22

19

28

19

34

19

40

19

46

19

52

19

58

19

64

19

70

19

76

19

82

19

88

19

94

20

00

20

06

HadCRUT3v SOUTH HEMISPHERE TEMPERATURE jan1850-may2007 (anomaly from base period 1961-90)

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

1850

1856

1862

1868

1874

1880

1886

1892

1898

1904

1910

1916

1922

1928

1934

1940

1946

1952

1958

1964

1970

1976

1982

1988

1994

2000

2006

Componente globale – dati MSU (http://www.remss.com/msu/msu_data_description.html#msu_decadal_trends)

Componente globale – dati

MSU (http://mclean.ch/climate/)

IL CASO EUROPEO

Temperatura media a Bordeaux Merignac - Fr (1922-2005)

(fonte: dataset ECAD)

Con il 99% di probabilità:discontinuità fra 1984 e 1989 -> Anno più probabile di discontinuità= 1987

(media 1922-87=12.5media 1988-2005=14.2)

[analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

1987

12.5

1987

14.2

Data di invaiaura a Bordeaux - Fr (1952-1997) (Jones e Davis, Climate Influences on Grapevine Phenology, Grape

Composition, and Wine Production and Quality for Bordeaux (Am. J. Enol. Vitic., Vol. 51, No. 3, 2000)

Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1987 e 1992. Anno più probabile di discontinuità= 1988 (media 1952 -1987=231; media 1989-1997=220)

[analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

1988

231

220

Temperatura media a Karlsruhe - D (1876-2000)(fonte: dataset ECAD)

Con il 99% di probabilità:discontinuità fra 1984 e 1989 -> Anno più probabile di discontinuità= 1981

(media 1876-81=10.0media 1982-2000=10.9)

[analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

1981

10.0

10.9

Inizio della stagione vegetativa in Germania (1961-2000)fonte: Chmielewski F.M., Müller A., Bruns E., 2004. Climate changes and trends in

phenology of fruit trees and field crops in Germany, 1961–2000 Agric. and For. Met. 121 (2004) 69–78

Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1985 e 1992. Anno più probabile di discontinuità= 1988 (media 1961-1987=112; media 1989-2000=102). Si osservi la risposta pressochè immediata alla discontinuità termica

(analisi eseguita con la libreria statistica Struchange)

1988

112

102

Temperatura media primi 150 giorni dell’anno a De Bilt – Nl (1901-2000) (fonte: dataset ECAD)

Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1972 e 1992. Anno più probabile di discontinuità= 1985 (media 1901-1985=11.9; media 1986-2000=14.0)

[analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

1985

11.9

14.0

Data fioritura sambuco (S.nigra) in Olanda (1901-2000) (fonte: Van Vliet et al, 2002)

Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1975 e 1989. Anno più probabile di discontinuità= 1985 (media 1901-1984=165; media 1986-2000=156). Si osservi la risposta pressochè immediata alla discontinuità termica

(analisi eseguita con la libreria statistica Struchange)

1985

165

156

Svizzera – trend delle temperature nel 20° secolo

Fonte: S witzerland’s Fourth National Communication under the UNFCCC - Firs t National Communication under the Kyoto Protocol to the UNFCCC 2005, S wiss Confederation

Figure 6-1: Annual temperature trends for the 20th century. Trends are given as degrees Celsius per 100 years. Station altitudes are given in metres above sea level (MeteoSwiss/ ProClim-)

inizio fioritura ciliegio a Liestal CH (1894-2001)(fonte: Defila- Meteoswiss - Switzerland’s Fourth National Communication under the UNFCCC - First National

Communication under the Kyoto Protocol to the UNFCCC 2005)

Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1977 e 1991. Anno più probabile di discontinuità= 1985 (media 1894-1984=104; media 1986-2001=93).

(analisi eseguita con la libreria statistica Struchange)

1985

104

93

Temperature medie annue a Valley – UK (1931-2000)(fonte: dataset ECAD)

Con il 99% di probabilità la discontinuità ricade fra 1974 e 2000. Anno più probabile di discontinuità= 1987 (media 1931-1987=10.0; media 1988-2000=10.5)

[analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

10.0

10.5

1987

1950-2005 - germogliamento quercia Gran Bretagna (fonte: Maracchi, Baldi, 2006)

Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1985 e 1989. Anno più probabile di discontinuità= 1987 (media 1950 -1986=117; media 1989-1997=99)

[analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

27 aprile

9 aprile

1987

Precipitazioni 1921-2006 – Bordeaux Merignac (fonte: Ecad)

Cambiamento climatico degli anni '80 e conseguenze

- temperature in aumento su tutta l'Europa (+0.5 / +1.5°C)

- relativa stazionarietà delle precipitazioni

conseguenze:

-> arretrano i ghiacciai alpini

-> aumentano i consumi idrici per le colture, aumenta l'aridità

Cambiamenti climatici1900 1930 1980

Perchè un cambiamento climatico negli anni '80?

NAO INVERNALE DAL 1825 A OGGI

fonte: CRU East Anglia University

IL CASO ITALIANO

Veneto - temperature medie (1956-2005)

Yearly Maximum temperatures (average of 9 stations of the Veneto region) - (breakpoint dropping with a confidence of 90% between 1990 and 1992; the most problable year of breakpoint is 1991).

SOURCE: A. Chiaudani, A. Barbi, I.Delillo, G.Cacciatori, G.Tridello, A. Bonamano, M. Borin, G.Cola, L. Mariani, 2006. Analysis of a 49 years long agrometeorological historical data-sets for short term programming and multi-year planning of regional and local irrigation, Acts of the 6th European Conference on Applied Climatology. Ljubljana, Slovenia, 4 – 8 September 2006

Marche - Temperatura massima e minima

comportamento analogo rispetto alle precipitazioni

anno più probabile per il breakpoint = 1987. Con probabilità del 95% il Breakpoint ricade fra 1983 e 1990.

anno più probabile per il breakpoint = 1981. Con probabilità del 95% il Breakpoint ricade fra 1964 e 1988.

Tmax Tmin

Marche - Evapotraspirazione da coltura di riferimento

comportamento analogo rispetto alle precipitazioni

anno più probabile per il breakpoint = 1989. Con probabilità del 95% il Breakpoint ricade fra 1986 e 1991.

Precipitazioni 1951-2006 per alcune stazioni italiane

Precipitazioni per stazioni rappresentative dei diversi ambiti climatici italiani (dati acquisiti dal dataset ECAD – Dati mancanti successivi al 1995 surrogati con dati di stazioni della banca dati agrometeorologica nazionale Cra-UCEA)

Italia - UCEA - Precipitazioni annue (medie areali 1995-2006)

Precipitazioni per stazioni rappresentative dei diversi ambiti climatici italiani (precipitazioni medie annue stimate mediando per il periodo 1995-2006 i dati delle stazioni della banca dati UCEA).

Mantova città – Precipitazioni annue (1840-2006)

Un change point (1879)–>Media 1840-79=740mm Media 1880-2006=669 mmTrend lineare 1880-2006: calo in primavera, aumento in estate stazonarietà in autunno e inverno.

Marche - precipitazioni

INTERPRETAZIONE: anno più probabile per il breakpoint = 1983. Con probabilità del 95% il Breakpoint ricade fra 1976 e 1993.

Marche - precipitazioni

Media 1961-1983= 979 mmMedia 1984-2004= 813 mm

Precipitazione media annua 1950-2006 - 18 stazioni della provincia di Sondrio (Dati progetto RICLIC WARM)

Media 1950-1989 1238 mm/anno

media 1990-2006 1157 mm/anno

Altre stazioni di pianura padana - Precipitazioni

ITALIA – cosa ha significato il cambiamento degli anni '80

1) temperature più alte di circa 1°C ->(i) minor innevamento e minor durata del manto nevoso (ii) contrazione delle masse glaciali (minor effetto volano) (iii) maggiori perdite evapotraspirative (+ 50÷100 mm / anno) (iv) innalzamento del limite montano della vegetazione arborea (dovrebbe assestarsi circa 200 m al di sopra del limite attuale). Lo stesso è atteso per le diverse fasce vegetazionali.

2) precipitazioni che presentano:- stazionarietà nei valori totali in alcuni casi, in altri diminuzione.

conseguenza generale: - maggiore aridità

Castagneto Carducci

Precipitazioni totali annue (mm)

Castagneto Carducci 1951-2006

Temperature medie annue (°C)

Castagneto Carducci 1951-2006

12

12.5

13

13.5

14

14.5

15

15.5

16

1951

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

anno

tem

pera

tura

med

ia

Medie

Tn Tx Td RRmedia 51-70 9.5 18.9 14.2 828media 71-89 8.8 19.0 13.9 806media 90-2006 9.6 19.4 14.5 584media generale 9.3 19.1 14.2 746

- Basato sui dati di temperatura e precipitazione 1951-2006 di Castagneto Carducci- Serbatoio (riserva facilmente utilizzabile) nello strato di terreno esplorato dalla radici pari a 100 millimetri - serbatoio pieno terreno alla capacità di campo a inizio anno- eccesso idrico totalmente infiltrato senza alcun utilizzo da parte della coltura- perdite per ruscellamento pari al 10% della pioggia totale

Bilancio idrico

Deficit idrico totale annuo vite 1951-2006 (°C)

Analisi di discontinuità del deficit

Software: strucchange

Con una probabilità del 90% il breakpoint ricade fra il 1974 ed il 1998. L’anno più probabile di breakpoint è il 1984.

Deficit 1951-1984=156 mm

Deficit 1985-2006=206 mm

CONSEGUENZE NEL SETTORE AGRICOLO

Variabilità climaticaValutarne gli effetti sull'agricoltura e sui seminativi è arduo perché:1.un aumento delle temperature può produrre aumenti consistenti delle produzioni delle latitudini medio-alte, ove il problema idrico è poco avvertito; viceversa una diminuzione favorirebbe le latitudini medio-basse

2.Un aumento della CO2, favorendo la fotosintesi e limitando al contempo il numero di stomi per foglia, rende le piante più produttive e meno sensibili alla siccità (Parry et al., 2005)

3.il miglioramento genetico avanza a ritmi sostenuti, specie in zone del mondo ove le biotecnologie hanno potuto avere sviluppo

4.gli imprenditori agricoli sono in grado di riconfigurare la loro attività in modo da ridurre le perdite legate alla variabilità climatica

5.è difficile stimare il futuro della risorsa suolo, che è spesso messa a repentaglio da urbanizzazione e desertificazione (sul pianeta gli arativi occupano oggi 1,4 miliardi di ettari e dunque ogni essere umano si nutre con il prodotto di soli 0.21 ettari di terreno).

Il caso del mais in pianura padana

Mais in Valpadana: dagli anni '90 la maggiore aridità lo espone ad un maggior rischio da siccità.

Risposta degli agricoltori: adozione di colture (i cereali vernini, frumento e orzo in primis) con livelli di rischio climatico enormemente più bassi rispetto al mais (se questa fase climatica dovesse perdurare assisteremmo probabilmente all’espansione di alte colture, più tolleranti all’aridità, come girasole, sorgo, arachide)

Risposta razionale ma tardiva, frutto di perdite economiche non indifferenti (es. per il mais nel 2003 si ebbero dapprima perdite da siccità e da alte temperature che abbreviarono il ciclo e in seguito gravi problemi per micotossine nella granella).

-> su questi dati di fatto dovrebbe a mio avviso riflettere il mondo della ricerca e dei servizi.

L'agricoltura europea nel prossimo decennio

E' destinata ad una rivoluzione profonda.

Come mi immagino la nuova agricoltura:- sempre più strettamente collegata al mercato- aumenteranno le dimensioni aziendali- crescerà il ruolo dei terzisti- sempre più bisognosa di servizi reali (agrometeorologia, pedologia, orientamento varietale, ecc.)- sempre più parte di filiere complesse e fortemente integrate

I mercati agricoli nel prossimo decennio

Tendenze in atto: •Incremento della trasparenza nella formazione dei prezzi•Concentrazione e specializzazione degli operatoriEsigenze emergenti:•Lotti uniformi di prodotto•quantità di prodotto considerevoli•qualità ben definiteLa soddisfazione di tali esigenze necessita: a monte:- varietà idonee (in numero in genere ridotto)- tecniche colturali adeguatedurante il ciclo produttivo:- monitoraggio in tempo reale (colture, meteo, suoli) per valutare se l'andamento dell'annata consente di raggiungere gli obiettivi

COSA FARE A FRONTE DI TALE QUADRO CLIMATICO ED ECONOMICO?

Sul fronte dell'azienda agraria

- scelta di pacchetti di colture / varietà atte a gestire il rischio climatico a livello aziendale;- aumento della capacità di misurare quantativamente i fenomeni (meteo, bilancio idrico e gestione aziendale dell'acqua)- aumento dell'apertura all'innovazione (scelta di specie e varietà, agrotecniche, ...)- sfruttare le tecniche di aridocoltura e di agricoltura conservativa ben documentate nei nostri testi di agronomia (es. uso di frangivento, mantenimento dei livelli di sostanza organica nel suolo, sistemazioni idraulico-agrarie, ecc.);- sfruttare le opportunità che la variabilità del clima offre, anche in termini di qualità dei prodotti agricoli (es:effetti di annate termo-pluviometricamente differenti sulle caratteristiche dei vino)- auto-attivazione...

A livello di enti di gestione

- razionalizzazione dell'uso dell'acqua (piani di medio-lungo periodo, da perseguire con continuità e da fondare su dati climatici ed agronomici di buona qualità, privilegiando analisi quantitative dei fabbisogni idrici delle colture)

A livello di ricerca e sperimentazione

- lavorare al miglioramento genetico delle nostre colture con rinnovato impegno e con tecnologie adeguate;

- sperimentare pacchetti di colture / varietà atte a ridurre il rischio climatico a livello aziendale;

- favorire il più possibile l’adattamento del nostro sistema al variare del rischio climatico.

Sul fronte del monitoraggio meteorologico

L'offerta di agrometeorologia e meteo-climatologia operativa (servizi) si concentra in una serie di soggetti:- Servizio Meteorologico dell'Aeronautica- Cra Ucea - Servizi regionali e provinciali

-> puntare ad una maggiore integrazione in termini di reti di monitoraggio e di prodotti finali

A livello di monitoraggio (esempio: Valtellina – 21 giugno 2007)

Evoluzione nel tempo della cella che ha prodotto l’evento (nostre elaborazioni su dati Meteosvizzera)

Fonte: forum Meteonetwork

IN GENERALE

- scordare le certezze a buon mercato: il clima è frutto di migliaia di cause che interagiscono fra loro in modo complesso, per cui per poter giungere ad un’equazione del clima (Zichichi, 1993), ammesso che esista, avremo ancora tanto ma tanto da studiare;

- considerare che nel clima si naviga a vista, e dunque le discontinuità (alias cambiamenti climatici) sono sempre in agguato; per questo i sistemi osservativi dovrebbero essere tenuti in gran conto, in modo da consentire la rapida valutazione dei cambiamenti in atto e la pronta assunzione delle decisioni operative conseguenti.

- rifiutare il catastrofismo in favore di una visione più realistica del presente e del futuro

LE PROSSIME PUNTATE – I SEMINARI TEMATICIApprofondimenti sulle applicazioni dei dati agrometeoclimatici

Viticoltura - programmazione delle operazioni colturali- difesa fitosanitaria (insetti, crittogame, ecc.)- esigenze idriche

Olivicoltura - programmazione operazioni colturali- difesa fitosanitaria

Frutticoltura

Colture erbacee (cereali, orticole, colture industriali)

Florovivaismo

vaso in steatite con corteo di mietitori (palazzo di Hagia Triada, Tardo minoico, 1500 aC)